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| Original Text | 日本語訳 |
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| Screened scalars are ubiquitous in many dark-sector models. They give rise to non-trivial fifth forces whilst evading experimental constraints through density-dependent screening mechanisms. We propose equipping a 10\,m-scale long-baseline atom interferometer with an annular planar source mass inside the vacuum chamber to search for such screened fifth forces. Two key challenges arise: distinguishing the static fifth force from backgrounds, and isolating it from the plate's Newtonian gravity. We introduce the `$Q$-flip protocol', which alternates between interferometry sequences to induce controllable time-dependence, aiding signal extraction and de-trending of transient noise. We further develop an \emph{in situ} calibration procedure to characterise the plate's Newtonian gravity and reach shot-noise-limited sensitivity. We show that our proposal could test theoretically motivated parameter space, advancing existing bounds in chameleon and symmetron screened scalar models by $1$ to $1.5$ orders of magnitude. Our proposal is directly applicable to forthcoming experiments, such as AION-10 or VLBAI, and is readily extensible to broader theoretical models and longer baselines. | 遮蔽されたスカラーは、多くのダークセクターモデルに広く見られる。 これらは、密度依存の遮蔽機構によって実験的制約を回避しながら、非自明な第五の力を発生させる。 我々は、真空チャンバー内に環状平面ソース質量を備えた10mスケールの長基線原子干渉計を装備し、このような遮蔽された第五の力を探索することを提案する。 この際、静的な第五の力を背景から区別すること、そしてそれをプレートのニュートン重力から分離することという2つの重要な課題が生じる。 我々は、干渉計シーケンスを交互に行うことで制御可能な時間依存性を誘導し、信号抽出と過渡ノイズのトレンド除去を支援する「$Q$フリッププロトコル」を導入する。 さらに、プレートのニュートン重力を特性評価し、ショットノイズ限界の感度を達成するための\emph{in situ}較正手順を開発する。 我々の提案は、理論的に根拠づけられたパラメータ空間を検証し、カメレオンおよびシンメトロン遮蔽スカラーモデルの既存の限界を1～1.5桁向上させる可能性があることを示した。 我々の提案は、AION-10やVLBAIといった今後の実験に直接適用可能であり、より広範な理論モデルやより長いベースラインにも容易に拡張可能である。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves emitted after neutron star binary coalescences and the information they carry about dense matter are a high-priority target for next-generation detectors. Even though such detectors are expected to observe millions of signals, detectable post-merger emission will remain rare. In this work, we explore post-merger detectability and inference through an alternative detector readout scheme for data dominated by quantum-noise, which is the case above $1$\,kHz: photon-counting. In such a readout, signals and noise become quantized into discrete distributions corresponding to the detection of single photons measured in a chosen basis of modes. Through simulated data, we demonstrate that photon counting can be efficient even for weak signals. We find ${\sim}1$ in 100 signals with a post-merger signal-to-noise ratio of 0.2 can result in a single photon and thus be detected. Furthermore, after $2\times10^4$ signals -- equivalent to $10^{-2}$ to $1.5$ years of observation -- photon counting results in a twofold improvement in the measurement of the radius of a $1.6\,M_\odot$ neutron star. Constraints can be further tightened if the detector classical noise is reduced. Photon counting offers a promising alternative to traditional homodyne readout techniques for extracting information from low signal-to-noise ratio post-merger signals. | 中性子星連星合体後に放出される重力波と、それが運ぶ高密度物質に関する情報は、次世代検出器の優先度の高いターゲットです。 そのような検出器は何百万もの信号を観測すると期待されていますが、合体後の放射を検出できるのは稀なままです。 本研究では、量子ノイズが支配的なデータ（$1$\,kHz以上）に対する代替検出器読み出し方式である光子計数によって、合体後の検出可能性と推論を探ります。 このような読み出しでは、信号とノイズは、選択されたモードの基底で測定された単一光子の検出に対応する離散分布に量子化されます。 シミュレーションデータを使用して、光子計数が弱い信号に対しても効率的であることを示します。 合体後の信号対雑音比が0.2の100個の信号のうち${\sim}1$が単一光子となり、検出される可能性があることを発見しました。 さらに、$2\times10^4$ 個の信号（観測期間 $10^{-2}$ 年から $1.5$ 年に相当する）を観測した後、光子計数法によって $1.6\,M_\odot$ の中性子星の半径測定精度が2倍向上します。 検出器の古典的ノイズを低減すれば、制約条件はさらに厳しくなります。 光子計数法は、合体後の低信号対雑音比信号から情報を抽出する上で、従来のホモダイン読み出し法に代わる有望な手法です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Can a dynamically robust (\textit{aka} stable) $Q$-ball reproduce the rotation curve of a disk galaxy? In an astrophysical environment, $Q$-balls are non-topological solitons that are transparent and only perceived by their gravitational effects. Traditionally, scalar $Q$-balls are modelled with a polynomial potential, but axion-like periodic potentials are also expected to support such solitonic configurations. In the presence of angular momentum, $Q$-balls acquire a toroidal structure with a central density void, qualitatively resembling the structure of disk galaxies. Motivated by this similarity, we investigate whether rotating scalar $Q$-balls can reproduce the observed galactic rotation curves. In this work, we use a recently developed hybrid numerical framework that combines a high-accuracy pseudo-spectral method with a physics-informed neural network approach to construct both static and rotating $Q$-ball solutions. We then assess their ability to act as the dark matter halos in galaxies by fitting the observed rotation curves of a sample of disk galaxies from the SPARC catalogue. Our simplified model provides an overall good agreement with observational data; we have further found an average constraint on the scalar field particle's mass $m\sim 10^{-27}$ eV, in agreement with similar galactic-scale soliton solutions. | 動的にロバストな（つまり安定な）$Q$ボールは、ディスク銀河の回転曲線を再現できるか？ 天体物理学的環境において、$Q$ボールは非位相的ソリトンであり、透明で重力の影響によってのみ知覚される。 伝統的に、スカラー$Q$ボールは多項式ポテンシャルでモデル化されるが、アクシオンのような周期的ポテンシャルもこのようなソリトン構成をサポートすると期待されている。 角運動量が存在すると、$Q$ボールは中心密度空隙を持つトロイダル構造を獲得し、定性的にディスク銀河の構造に類似する。 この類似性に着目し、回転するスカラー$Q$ボールが観測された銀河の回転曲線を再現できるかどうかを調べる。 本研究では、高精度擬スペクトル法と物理学に基づくニューラルネットワーク手法を組み合わせた最近開発されたハイブリッド数値フレームワークを使用して、静的および回転する$Q$ボールソリューションの両方を構築する。 次に、SPARCカタログに含まれる円盤銀河のサンプルにおける観測された回転曲線をフィッティングすることにより、それらが銀河における暗黒物質ハローとして作用する能力を評価した。 我々の簡略化されたモデルは、観測データと概ね良好な一致を示した。 さらに、スカラー場粒子の質量に対する平均的な制約として、$m\sim 10^{-27}$ eVを見出した。 これは、同様の銀河規模のソリトン解と一致する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The physical and mathematical properties of the composed Reissner-Nordström-black-hole-massive-scalar-field system are studied {\it analytically} in the dimensionless large-mass $Mμ\gg1$ regime [here $\{M,μ\}$ are respectively the mass of the central black hole and the proper mass of the scalar field]. It is proved that, for a given value ${\bar Q}\equiv Q/M$ of the dimensionless charge parameter of the central black hole, the system is characterized by the presence of quasi-resonances, linearized perturbation modes with arbitrarily long lifetimes. In particular, using analytical techniques, we determine the black-hole-field critical mass spectrum $\{Mμ_{\text{crit}}({\bar Q})\}$ which characterizes the long-lived resonances of the composed physical system. | ライスナー・ノルドストロームブラックホール・大質量スカラー場合成系の物理的および数学的特性を、無次元大質量$Mμ\gg1$領域（ここで、$\{M,μ\}$はそれぞれ中心ブラックホールの質量とスカラー場の固有質量）において{\it解析的に}研究する。 中心ブラックホールの無次元電荷パラメータの与えられた値${\bar Q}\equiv Q/M$に対して、系は任意の長寿命を持つ線形摂動モードである準共鳴の存在によって特徴付けられることが証明されている。 特に、解析的手法を用いて、合成物理系の長寿命共鳴を特徴付けるブラックホール場臨界質量スペクトル$\{Mμ_{\text{crit}}({\bar Q})\}$を決定する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study the bound states of a massive scalar field around a topological star, and show that these are strictly normal modes. This yields a genuine gravitational atom, sharply distinguishing horizonless objects from black holes. It is shown that the modes are controlled by the field's Compton wavelength compared to the size of the star. When the Compton wavelength is large, the field forms a cloud with a hydrogen-like spectrum, while in the opposite regime it localizes along timelike trajectories. When the two scales are comparable the spectrum becomes richer, and we characterize it in detail allowing the field to carry electric charge and Kaluza--Klein momentum. | トポロジカル星の周囲の質量スカラー場の束縛状態を研究し、これらが厳密に通常モードであることを示す。 これにより真の重力原子が得られ、地平線のない天体とブラックホールを明確に区別できる。 これらのモードは、星のサイズと比較した場のコンプトン波長によって制御されることが示される。 コンプトン波長が大きい場合、場は水素のようなスペクトルを持つ雲を形成するが、反対の領域では時間的な軌跡に沿って局在する。 2つのスケールが同程度の場合、スペクトルはより豊かになり、場が電荷とカルツァ＝クライン運動量を運ぶことを可能とし、詳細な特性評価を行う。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate how non-local gravitational couplings from double-trace deformation between two asymptotic boundaries of an AdS$_5$ black brane can lead to the violation of the Averaged Null Energy Condition (ANEC). The first-order gravitational perturbations backreact with the background metric at second-order, creating a wormhole opening. The wormhole becomes traversable in both the gravitational shear and sound channels within the hydrodynamic approximation. This shows that dynamical metric perturbations can facilitate information transfer in a purely gravitational setting, with the emergence of $G_N$ indicating the gravitational origin. For the shear channel, we consider three different coupling configurations, whereas for the sound channel, we vary both the speed of sound and the attenuation constant, as these parameters control the wormhole traversability. Furthermore, we obtain late-time power-law behavior in the ANEC using fitting function and present a generalization that applies to both shear and sound channels. Due to its propagating nature, the sound channel exhibits late-time power-law remnants at low sound speed similar to the vector diffusive probes, but it prefers an exponential decay at higher sound speed similar to the scalar non-diffusive probes, as the power-law exponent weakened with increasing sound speed. For superluminal sound channels, the wormhole opens for an extremely brief duration at late insertion times, rendering it non-traversable. | AdS$_5$ブラックブレーンの2つの漸近境界間の二重トレース変形に起因する非局所重力結合が、平均ヌルエネルギー条件（ANEC）の破れにどのようにつながるかを調査する。 一次重力摂動は二次背景計量と逆反応し、ワームホール開口部を形成する。 ワームホールは、流体力学的近似の範囲内で、重力シアチャネルと音響チャネルの両方で通過可能となる。 これは、$G_N$の出現が重力起源を示すことで、動的計量摂動が純粋に重力的な設定において情報伝達を促進できることを示している。 シアチャネルについては3つの異なる結合構成を考慮し、音響チャネルについては、ワームホール通過可能性を制御するパラメータである音速と減衰定数の両方を変化させる。 さらに、フィッティング関数を用いてANECにおける後期のべき乗則挙動を取得し、せん断波と音響波の両方のチャネルに適用される一般化を提示する。 音響波チャネルは伝播特性上、低音速域ではベクトル拡散プローブと同様に後期のべき乗則の残留を示すが、高音速域ではスカラー非拡散プローブと同様に指数関数的な減衰を示す。 これは、べき乗則指数が音速の増加とともに弱まるためである。 超光速音響波チャネルでは、ワームホールは挿入時間の遅れた時点で極めて短時間開き、通過不能となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this work, we investigate the dynamics of periodic orbits and the properties of accretion disks around a Schwarzschild-like black hole (BH) immersed in a King-type dark matter (DM) halo. Our analysis focuses on how the presence of the King DM halo influences both the behavior of periodic orbits and the radiative characteristics of the accretion disk. We begin by examining time-like periodic geodesic orbits for various configurations characterized by different energy and angular momentum values, represented by the integers $(z, w, v)$. Furthermore, we explore the effects of the King DM halo on time-like periodic geodesics, marginally bound orbits, and innermost stable circular orbits, thereby providing a deeper understanding of how the DM halo environment modifies the behavior of these stable orbits and timelike particle geodesics. Finally, we analyze the null geodesics and the accretion disk properties by studying their direct and secondary images, redshift distributions, and radiation fluxes as observed at infinity for a range of inclination angles. This approach allows us to gain valuable insights into the spacetime geometry of a Schwarzschild-like BH within the King-type DM halo, its physical and radiative properties in the accretion disk, and the corresponding observational implications. | 本研究では、キング型暗黒物質（DM）ハローに包囲されたシュワルツシルト型ブラックホール（BH）の周囲の周期軌道のダイナミクスと降着円盤の特性を調査する。 本解析は、キングDMハローの存在が周期軌道の挙動と降着円盤の放射特性の両方にどのような影響を与えるかに焦点を当てる。 まず、整数$(z, w, v)$で表される異なるエネルギー値と角運動量値を持つ様々な構成における、時間的周期測地線軌道を調べる。 さらに、キングDMハローが時間的周期測地線、限界束縛軌道、および最内周安定円軌道に与える影響を探り、DMハロー環境がこれらの安定軌道と時間的粒子測地線の挙動をどのように変化させるかについてより深く理解する。 最後に、ヌル測地線と降着円盤の特性を、様々な傾斜角における直接像および二次像、赤方偏移分布、そして無限遠観測時の放射フラックスを調べることで解析する。 このアプローチにより、キング型DMハロー内のシュワルツシルト型BHの時空幾何学、降着円盤におけるその物理的および放射特性、そして関連する観測的意味について貴重な知見が得られる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a comprehensive analysis of the full spectrum of tidal Love numbers for Reissner-Nordström (RN) black holes in general spacetime dimensions. By perturbing the Einstein-Maxwell theory around the $D$-dimensional RN background, we derive an effective two dimensional quadratic action encompassing tensor, vector, and scalar-type perturbation sectors. Through diagonalization, we obtain master equations governing each sector and extract the corresponding Love numbers from the asymptotic behavior of the solutions. Our results confirm that all Love numbers vanish for four-dimensional RN black holes. In higher dimensions, the tensor and vector Love numbers reproduce previously known results. For the previously unknown scalar-type Love numbers, we show also they vanish for integer valued effective multipolar indices and display logarithmic running behavior when the corresponding indices are half integers. | 一般時空次元におけるライスナー・ノルドストローム（RN）ブラックホールの潮汐ラブ数の全スペクトルの包括的な解析を提示する。 $D$次元RN背景の周りでアインシュタイン・マクスウェル理論を摂動することにより、テンソル、ベクトル、およびスカラー型の摂動セクターを包含する有効2次元二次作用を導出する。 対角化により、各セクターを支配するマスター方程式を取得し、解の漸近的挙動から対応するラブ数を抽出した。 結果は、4次元RNブラックホールのすべてのラブ数がゼロであることを確認した。 高次元では、テンソルとベクトルのラブ数は、以前に知られている結果を再現する。 これまで未知であったスカラー型ラブ数については、整数値の有効多極インデックスに対してもゼロになり、対応するインデックスが半整数の場合は対数的な移動挙動を示すことも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We study Dirac fields on AdS$_n$ in both global and Poincaré charts and, for each mass window, we classify the boundary conditions at conformal infinity that ensure the existence of advanced and retarded propagators. We distinguish the well-known MIT--bag class from a generalized family, thereby extending to arbitrary dimensions the procedure initiated by Blanco. As in the scalar case, we show that suitable generalized boundary data can support bound states. In four dimensions we work out two explicit examples: (i) the MIT case, for which we construct the advanced/retarded propagators and the two-point function of the associated ground state and (ii) a representative generalized boundary condition, for which we construct the propagators and exhibit a normalizable bound state. | 我々はAdS$_n$上のディラック場を大域チャートとポアンカレチャートの両方で研究し、各質量ウィンドウについて、前進伝播関数と後進伝播関数の存在を保証する共形無限大における境界条件を分類する。 よく知られているMITバッグクラスを一般化ファミリーから区別することで、Blancoによって開始された手順を任意の次元に拡張する。 スカラーの場合と同様に、適切な一般化境界データが束縛状態をサポートできることを示す。 4次元では、2つの明示的な例、(i) MITの場合（前進/後進伝播関数と関連する基底状態の2点関数を構築する）、(ii) 代表的な一般化境界条件（伝播関数を構築し、正規化可能な束縛状態を示す）を検討する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The asymptotic nature of unbound binary-black-hole encounters provides a clean method for comparing different approaches for modeling the two-body problem in general relativity. In this work, we use numerical relativity simulations of black-hole scattering, generated using the Spectral Einstein Code, to explore the self-force and post-Minkowskian expansions of the scattering angle. First, we use a set of unequal-mass simulations to extract the self-force contributions to the scattering angle. Our main result is that using information up to second-order in the symmetric mass ratio (2SF) reproduces numerical relativity within the error bars across the full range of mass-ratios, including equal mass. Next, we compare our numerical relativity results to state-of-the-art post-Minkowskian predictions at larger impact parameters than previously explored. We find good agreement in the weak-field regime and discuss the relative importance of higher-order terms. | 非束縛連星ブラックホール遭遇の漸近的性質は、一般相対論における二体問題をモデル化する異なるアプローチを比較するための明確な方法を提供する。 本研究では、スペクトルアインシュタインコードを用いて生成されたブラックホール散乱の数値相対論シミュレーションを用いて、散乱角の自己力展開とポストミンコフスキー展開を調査する。 まず、不等質量シミュレーションのセットを用いて、散乱角への自己力の寄与を抽出する。 主な結果は、対称質量比（2SF）の2次の情報まで用いることで、等質量を含む質量比の全範囲にわたって誤差範囲内で数値相対論を再現できることである。 次に、これまで調査されたよりも大きな衝突パラメータにおいて、数値相対論の結果を最先端のポストミンコフスキー予測と比較する。 弱場領域では良好な一致が見られることを発見し、高次の項の相対的な重要性について議論する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We build upon previous analytical treatments of scalar perturbations in curved inflationary universes to obtain analytical templates for the primordial tensor power spectrum in models with non-zero primordial spatial curvature. These templates are derived without assuming a particular inflaton potential, thereby isolating the universal imprints of curvature on tensor modes. Our results predict characteristic large-scale features -- including low-$\ell$ cut-offs and oscillatory patterns -- that are consistent with numerical solutions and provide a clear physical interpretation of how curvature modifies the underlying dynamics. In particular, we show that curvature effects manifest mathematically as systematic shifts in the dynamically relevant wavevectors, mirroring the behaviour previously identified in the scalar power spectrum. These features translate into distinctive signatures in the large-angle $B$-mode polarisation spectrum, offering a potential discriminant for spatial curvature in forthcoming CMB observations. | 我々は、曲がったインフレーション宇宙におけるスカラー摂動に関するこれまでの解析的扱いを基に、非ゼロの原始空間曲率を持つ模型における原始テンソルパワースペクトルの解析テンプレートを得る。 これらのテンプレートは特定のインフレーションポテンシャルを仮定することなく導出されるため、曲率がテンソルモードに及ぼす普遍的な影響を分離することができる。 我々の結果は、低$\ell$カットオフや振動パターンといった特徴的な大規模特性を予測し、数値解と整合し、曲率が基礎となるダイナミクスをどのように変化させるかについて明確な物理的解釈を与える。 特に、曲率効果は、スカラーパワースペクトルにおいて以前に特定された挙動を反映し、力学的に関連する波数ベクトルの系統的シフトとして数学的に現れることを示す。 これらの特性は、大角度$B$モード偏光スペクトルにおける特徴的なシグネチャへと変換され、今後のCMB観測における空間曲率の潜在的な判別指標となる。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Interrelationships between the expansion, the shear, and the vorticity -- the kinematical tensors -- on the one hand, and the polarization modes of gravitational waves on the other hand, are studied by considering freely falling test particles. After studying exact relations, we consider slowly moving particles under the influence of a weak gravitational field. Linearized plane waves of metric theories of gravity representative of those determined by a general second order Lagrangian, including General Relativity, are shown to exemplify the following interconnections: between the transverse components of the shear and the transverse tensor polarization mode; between the expansion, and both the transverse scalar and the longitudinal polarization modes; and between the longitudinal-transverse components of the shear and the vorticity, and the vector polarization mode. | 膨張、せん断、渦度（運動テンソル）と重力波の偏光モードとの相互関係を、自由落下する試験粒子を考察することで研究する。 正確な関係を研究した後、弱い重力場の影響下にある低速で移動する粒子を考察する。 一般相対性理論を含む一般的な2次ラグランジアンによって決定される重力の計量理論を代表する線形化平面波は、以下の相互関係を例示する。 せん断の横方向成分と横方向テンソル偏光モードの間、膨張と横方向スカラーおよび縦方向偏光モードの間、せん断の縦方向-横方向成分と渦度とベクトル偏光モードの間。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Accurate modeling of gravitational waveforms from compact binary coalescences remains central to gravitational-wave (GW) astronomy. Post-Newtonian (PN) approximations capture the early inspiral dynamics analytically but break down near merger, while numerical relativity (NR) provides the accurate yet computationally expensive waveforms over limited parameter ranges. We develop a physics-informed neural network (PINN) framework that learns corrections mapping PN dynamics and waveforms to their NR counterparts. As a demonstration of the approach, we use the TaylorT4 PN model as the baseline, and train the network on hybridized NR surrogate data (NRHybSur3dq8) to learn higher-order corrections to the orbital dynamics and waveform modes for nonspinning noneccentric systems. Physically motivated loss terms enforce known limits and symmetries, such as vanishing corrections in the Newtonian limit and suppression of odd-$m$ modes in equal-mass systems, promoting consistent and reliable extrapolation beyond the training region. We simultaneously incorporate corrections that account for the different meaning of mass parameters in PN and NR descriptions. The learned corrections significantly reduce the phase and amplitude error through the inspiral up to about $200M$ before the merger. This approach provides a differentiable and computationally efficient bridge between PN and NR, offering a path toward waveform models that generalize more robustly beyond existing NR datasets. | コンパクトな連星合体から発生する重力波形の正確なモデリングは、重力波天文学の中心的な課題であり続けています。 ポストニュートン（PN）近似は、初期のインスパイラルダイナミクスを解析的に捉えますが、合体近傍では破綻します。 一方、数値相対論（NR）は、限られたパラメータ範囲において、正確ではあるものの計算コストの高い波形を提供します。 我々は、PNダイナミクスと波形をNRの対応するものにマッピングする補正を学習する、物理学に基づくニューラルネットワーク（PINN）フレームワークを開発しました。 このアプローチのデモンストレーションとして、TaylorT4 PNモデルをベースラインとして用い、ハイブリッドNRサロゲートデータ（NRHybSur3dq8）を用いてネットワークを学習させることで、非自転・非偏心系の軌道ダイナミクスと波形モードに対する高次補正を学習します。 物理的に動機付けられた損失項は、ニュートン極限における補正消失や等質量系における奇数$m$モードの抑制など、既知の限界と対称性を強制し、トレーニング領域を超えた一貫性と信頼性の高い外挿を促進します。 同時に、PNとNRの記述における質量パラメータの異なる意味を考慮した補正も組み込みます。 学習された補正により、合流前の約$200M$までのインスパイラルにおける位相と振幅の誤差が大幅に減少します。 このアプローチは、PNとNRの間に微分可能かつ計算効率の高い橋渡しを提供し、既存のNRデータセットを超えてより堅牢に一般化できる波形モデルへの道を開きます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a geometric placement algorithm for constructing template banks. We specialize in the case of Gravitational Wave searches, and use autoencoders for non-linear compression of the space of waveforms after these have been represented by a finite number of basis functions using an SVD decomposition. To ensure that the autoencoder is suitable for geometric placement we try to find a coordinate system describing the manifold of SVD coefficients such that distances in the latent and embedding space are equal. We show that the curvature of the banks is negligible and that such a system can be found. We then show that a geometric placement algorithm via a uniform grid in the latent space combined with rejection of unphysical points using a normalizing flow results in templates that, while slightly less in number than the similar construction using random forests of Ref.~\cite{Wadekar:2023kym}, perform slightly better in the effectualness tests, especially for high-mass binary systems. We discuss briefly how these dimensionality reduction techniques might be used in the context of cosmology, and a simple toy example where the periodicity of a flat manifold slightly complicates finding a distance-preserving coordinate system. | テンプレートバンクを構築するための幾何学的配置アルゴリズムを提示する。 本研究では重力波探索に特化し、SVD分解を用いて有限個の基底関数で波形を表現した後、波形空間を非線形圧縮するためにオートエンコーダを用いる。 オートエンコーダが幾何学的配置に適していることを確認するため、潜在空間と埋め込み空間の距離が等しくなるようなSVD係数の多様体を記述する座標系を求める。 バンクの曲率は無視でき、そのような座標系が見つかることを示す。 さらに、潜在空間における均一グリッドを用いた幾何学的配置アルゴリズムと、正規化フローを用いた非物理的な点の排除を組み合わせることで、Ref.~\cite{Wadekar:2023kym}のランダムフォレストを用いた同様の構築法よりもテンプレートの数は若干少ないものの、特に高質量連星系において有効性テストにおいて若干優れた性能を示すことを示す。 ここでは、これらの次元削減手法が宇宙論の文脈でどのように使用されるかについて簡単に説明します。 また、平坦多様体の周期性により距離保存座標系の検索が若干複雑になる簡単な例も示します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We develop a conceptual parallel between the black hole information problem and Zeno's paradox, highlighting the role of limiting procedures that turn formally infinite constructions into finite physical observables. Building on the replica--wormhole paradigm, we move beyond unitarity restoration to formulate a quantitative notion of irreversibility in Hawking radiation. Our main result is a modular thermodynamic framework for black-hole evaporation, in which modular entropy, entanglement capacity, and relative entropy assume thermodynamic roles. The monotonicity of relative entropy furnishes a generalized second law that determines the arrow of evolution in replica space. We further resolve the apparent tension between the replica method and the quantum no-cloning theorem by interpreting replicas as ensemble representations rather than physical copies of an unknown state, thereby clarifying the operational meaning of gravitational path integrals. A key message of this work is that non-additivity in Tsallis statistics provides an information-theoretic analogue of the correlations induced by replica wormholes. | 我々はブラックホール情報問題とゼノンのパラドックスの概念的な類似点を考察し、形式的に無限な構成を有限な物理的観測量に変換する極限手順の役割を強調する。 レプリカ-ワームホールパラダイムを基盤として、ユニタリー性の回復を超えて、ホーキング放射における不可逆性の定量的な概念を定式化する。 主な成果は、ブラックホール蒸発のためのモジュラー熱力学的枠組みであり、この枠組みではモジュラーエントロピー、エンタングルメント容量、および相対エントロピーが熱力学的役割を担う。 相対エントロピーの単調性は、レプリカ空間における進化の矢印を決定する一般化された第二法則を提供する。 さらに、レプリカを未知の状態の物理的コピーではなくアンサンブル表現として解釈することにより、レプリカ法と量子複製不可定理との間の見かけ上の矛盾を解消し、重力経路積分の操作的意味を明らかにする。 この研究の重要なメッセージは、Tsallis 統計の非加法性がレプリカワームホールによって誘発される相関関係の情報理論的類似物を提供するという点です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Black holes in four-dimensional, asymptotically flat general relativity have vanishing static tidal Love numbers (TLNs), a property tied to a hidden symmetry of the perturbation equations. Within the Konoplya-Rezzolla-Zhidenko (KRZ) parametrization, a subclass of spacetimes was previously shown to admit such Ladder symmetry, which enforces the absence of static scalar TLNs. In this work, we introduce parametric deformations to such Ladder-symmetric spacetimes and analyze the resultant linear tidal response. Using the parametrized formalism for TLNs, we show that any deviation from a Ladder-symmetric background leads to non-zero static scalar TLNs. This establishes Ladder symmetry as a necessary, as well as sufficient condition, for the vanishing of static TLNs in static, spherically symmetric black holes and in rotating black holes of the KRZ class. | 4次元で漸近的に平坦な一般相対論におけるブラックホールは、静的潮汐ラブ数（TLN）が消失する。 これは摂動方程式の隠れた対称性に結びついた特性である。 コノプリア・レゾラ・ジデンコ（KRZ）パラメータ化の範囲内で、時空のサブクラスがそのようなラダー対称性を許容することが以前に示されており、これにより静的スカラーTLNが存在しないことが強制される。 本研究では、そのようなラダー対称時空にパラメータ変形を導入し、結果として生じる線形潮汐応答を解析する。 TLNのパラメータ化された形式を用いて、ラダー対称背景からのいかなる逸脱も非ゼロの静的スカラーTLNにつながることを示す。 これにより、ラダー対称性が、静的な球対称ブラックホールおよびKRZクラスの回転ブラックホールにおける静的TLNの消失の必要条件であると同時に十分条件であることが確立された。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Strong evidence for an isotropic, Gaussian gravitational wave background (GWB) has been found by multiple pulsar timing arrays (PTAs). The GWB is expected to be sourced by a finite population of supermassive black hole binaries (SMBHBs) emitting in the PTA sensitivity band, and astrophysical inference of PTA data sets suggests a GWB signal that is at the higher end of GWB spectral amplitude estimates. However, current inference analyses make simplifying assumptions, such as modeling the GWB as Gaussian, assuming that all SMBHBs only emit at frequencies that are integer multiples of the total observing time, and ignoring the interference between the signals of different SMBHBs. In this paper, we build analytical and numerical models of an astrophysical GWB without the above approximations, and compare the statistical properties of its induced PTA signal to those of a signal produced by a Gaussian GWB. We show that interference effects introduce non-Gaussianities in the PTA signal, which are currently unmodeled in PTA analyses. | 複数のパルサータイミングアレイ（PTA）によって、等方性でガウス分布の重力波背景（GWB）の強力な証拠が発見された。 GWBは、PTAの感度帯域で放射する有限個の超大質量ブラックホール連星（SMBHB）によって発生すると予想されており、PTAデータセットの天体物理学的推論では、GWBスペクトル振幅推定値の上限に位置するGWB信号が示唆されている。 しかし、現在の推論分析では、GWBをガウス分布としてモデル化し、すべてのSMBHBは全観測時間の整数倍の周波数でのみ放射すると仮定し、異なるSMBHBの信号間の干渉を無視するなど、単純化した仮定が行われている。 本稿では、上記の近似を行わずに天体GWBの解析モデルと数値モデルを構築し、その誘起PTA信号の統計的特性をガウス分布GWBによって生成される信号の統計的特性と比較する。 干渉効果により、PTA 信号に非ガウス性が導入されることを示します。 これは現在、PTA 解析ではモデル化されていません。 |
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| We showcase cosmology's ability to constrain long-range forces between dark matter particles. Specifically, we consider a fermionic dark matter interacting via a Yukawa-coupled light scalar, focusing on regimes where the dark forces are stronger than gravitational and yet unconstrained. We show that the dark sector dynamics, both at the background and perturbation levels, is far richer than what can be captured with just the static interparticle Yukawa potential. The background dynamics includes an attractor that funnels a wide range of initial conditions onto an evolution unique to each parameter space. In a large swath of parameter space beyond existing limits, the dark sector deviates drastically from cold dark matter in observable epochs. We rule out this parameter space using existing constraints on dark-sector equation of state and small-scale cosmic perturbations, thus setting the strongest constraints yet on dark matter self-interactions at length scales shorter than 100 kpc. In addition, we briefly discuss repulsive dark forces and place cosmological limits that are stricter than in the attractive case. | 我々は、宇宙論が暗黒物質粒子間の長距離力に制約を与える能力を示す。 具体的には、湯川結合光スカラーを介して相互作用するフェルミオン系暗黒物質を考察し、暗黒力が重力よりも強く、かつ制約を受けない領域に焦点を当てる。 背景レベルと摂動レベルの両方において、暗黒セクターのダイナミクスは、静的な粒子間湯川ポテンシャルだけで捉えられるものよりもはるかに豊かであることを示す。 背景ダイナミクスには、各パラメータ空間に固有の発展に、広範囲の初期条件を集中させるアトラクターが含まれる。 既存の限界を超えるパラメータ空間の広い領域において、観測可能な時代には、暗黒セクターは冷たい暗黒物質から大きく逸脱する。 我々は、暗黒セクターの状態方程式と小規模宇宙摂動に関する既存の制約を用いてこのパラメータ空間を除外し、100kpcより短い長さスケールにおける暗黒物質の自己相互作用に対するこれまでで最も強い制約を設定する。 さらに、反発的な暗黒力について簡単に説明し、引力の場合よりも厳しい宇宙論的制限を課します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Lee-Yang zero theory plays a crucial role in phase transition theory and is widely employed in the critical behavior of statistical thermodynamics. The supercritical regime of black hole thermodynamics remains a relatively unexplored area, and recent applications of this theory to charged anti-de Sitter (AdS) black holes have initiated probes into this regime, revealing a simple structure partitioned by a single Widom line. In this paper, we apply Lee-Yang theory to charged Gauss-Bonnet AdS black holes, which feature complex phase diagrams (e.g., triple points), to determine how such structures are reflected in the supercritical regime. Notably, we observe a key dimensional difference in that the five-dimensional (5d) system, which lacks a triple point, confirms the known single Widom line structure, while the six-dimensional (6d) system, which admits a triple point, generates two distinct Widom lines. These lines partition the supercritical domain into three sectors (small-, intermediate-, and large- black hole-like phases), corresponding to the three phases coexisting at the triple point. Our results reveal a direct correspondence between the number of coexisting phases at a triple point and the number of distinct supercritical sectors separated by Widom lines. | リー・ヤンゼロ理論は相転移理論において重要な役割を果たしており、統計熱力学の臨界挙動において広く用いられている。 ブラックホール熱力学の超臨界領域は比較的未開拓の領域であり、この理論の最近の荷電反ド・ジッター（AdS）ブラックホールへの適用により、この領域への探究が始まり、単一のウィダム線で区切られた単純な構造が明らかになった。 本稿では、複雑な相図（三重点など）を特徴とする荷電ガウス・ボネAdSブラックホールにリー・ヤン理論を適用し、そのような構造が超臨界領域でどのように反映されるかを決定する。 特に、三重点を欠く5次元（5d）系では既知の単一のウィダム線構造が確認されるのに対し、三重点を許容する6次元（6d）系では2つの異なるウィダム線が生成されるという重要な次元の違いを観測する。 これらの線は超臨界領域を3つのセクター（小さなブラックホールのような相、中間の相、そして大きなブラックホールのような相）に分割し、三重点で共存する3つの相に対応しています。 我々の研究結果は、三重点で共存する相の数と、ウィドム線によって区切られる明確な超臨界セクターの数との間に直接的な相関関係があることを明らかにしました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| In this article, the behavior of a straight cosmic string is studied for the linearized version of Horndeski theory in cases where the scalar field is massless or massive. Several physical properties of such solutions are discussed in detail regarding the effects of the scalar field of this theory. The mass of the scalar field induces a screening effect such that, in the massive theory, the string solution approaches to the general relativistic one. We also consider wiggly cosmic strings, obtain the solutions for both massless and massive cases, discuss their properties and observe similar screening effects. | 本稿では、直線状の宇宙弦の挙動を、スカラー場が質量ゼロまたは質量を持つ場合について、ホーンデスキー理論の線形化版を用いて研究する。 このような解のいくつかの物理的性質について、この理論におけるスカラー場の効果に関して詳細に議論する。 スカラー場の質量は遮蔽効果を誘起し、質量を持つ理論では弦の解は一般相対論的解に近づく。 また、波打つ宇宙弦も考慮し、質量ゼロと質量を持つ両方の場合の解を求め、それらの性質を議論し、同様の遮蔽効果を観察する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Massive black holes surrounded by a gaseous disk have been a prevailing model to explain a wide spectrum of astrophysical phenomena related to active galactic nucle (AGNs). However, direct and precise measurements of the disk density profiles remain elusive for current telescopes. In this work, we demonstrate that it is possible to pinpoint the gas density if an inspiralling stellar mass binary black hole is embedded in the AGN disk. Furthermore, if the barycenter of the pair follows an eccentric orbit around an AGN, then space-borne gravitational wave detectors can measure the density of the surrounding disk with multi-year observations by tracking the gravitational wave evolution. The error between the inferred density profile and the injected truth can be constrained to below $2\times10^{-11}\rm g/cm^3$. Our work opens up an exciting new channel to investigate the very center of galaxies, where disk gas density distributions $ρ(r)$ can be recovered by analyzing time-dependent environmental imprints in gravitational waveforms. | ガス円盤に囲まれた巨大ブラックホールは、活動銀河核（AGN）に関連する幅広い天体物理現象を説明する有力なモデルである。 しかし、現在の望遠鏡では、円盤の密度プロファイルを直接かつ精密に測定することは依然として困難である。 本研究では、渦巻き状の恒星質量連星ブラックホールがAGN円盤に埋め込まれている場合、ガス密度を正確に特定できることを示す。 さらに、連星ブラックホールの重心がAGNの周りを偏心軌道で周回する場合、宇宙搭載重力波検出器は、重力波の進化を追跡することで、複数年にわたる観測で周囲の円盤の密度を測定することができる。 推定された密度プロファイルと注入された真の値との間の誤差は、$2\times10^{-11}\rm g/cm^3$ 以下に抑えることができる。 私たちの研究は、銀河の中心部を調査するための刺激的な新しい方法を切り開き、重力波形の時間依存の環境痕跡を分析することで、ディスクガス密度分布$ρ(r)$を回復することができます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate a class of horizonless solutions in Einstein-Weyl gravity, corresponding to the so-called attractive naked singularities of the (-2,2) type. In contrast to General Relativity, where naked singularities are generically unstable and excluded by the cosmic censorship conjecture, we show that these configurations are linearly stable under tensor perturbations. By numerically evolving the perturbation equations in the time domain, we find that all modes decay with characteristic oscillatory tails, a behavior consistent with the dynamics of massive field perturbations in quadratic gravity. This establishes that attractive naked singularities in Einstein-Weyl gravity are dynamically stable and can persist as stationary configurations. We argue that these horizonless configurations are observationally concealed, and therefore we refer to them as veiled singularities. Their stability and phenomenological similarity to black holes suggest that they may represent viable horizonless alternatives in higher-derivative theories of gravity, offering a novel perspective on the interplay between singularity resolution, stability, and effective field dynamics beyond Einstein's theory. | 我々は、アインシュタイン-ワイル重力における、いわゆる(-2,2)型の引力的裸の特異点に対応する、地平線のない解のクラスを調査する。 裸の特異点は一般的に不安定で宇宙検閲予想によって排除される一般相対論とは対照的に、我々はこれらの構成がテンソル摂動に対して線形安定であることを示す。 時間領域における摂動方程式を数値的に発展させることで、すべてのモードが特徴的な振動の裾を伴って減衰することを見いだした。 これは、二次重力における大質量場摂動のダイナミクスと一致する。 これは、アインシュタイン-ワイル重力における引力的裸の特異点が動的に安定であり、定常構成として持続できることを示している。 我々は、これらの地平線のない構成は観測的に隠蔽されていると主張し、それゆえ、それらを覆い隠された特異点と呼ぶ。 これらの安定性とブラックホールとの現象的類似性は、これらが重力の高階微分理論における実行可能な地平線のない代替案となる可能性があることを示唆しており、アインシュタインの理論を超えて、特異点解決、安定性、および有効場ダイナミクス間の相互作用に関する新しい視点を提供します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Warm inflation is a well-motivated and generalized framework of inflation, describing a coupled inflaton-radiation bath. In this work, we investigate a warm inflation model with a quartic potential and a composite dissipation coefficient $Υ(φ, T) = C_1 \frac{T^3}{M_{\text{Pl}}^2} + C_2 \frac{T^3}{φ^2}.$ The two terms in $Υ$ dominate at different scales: the first term governs the early inflationary dynamics at large (CMB) scales, while the second term becomes significant at smaller scales. The model features two distinct stages of inflation: an initial phase where strong dissipation ($Q \gg 1$) generates a red-tilted primordial spectrum consistent with CMB observations (from ACT), followed by a second phase producing a blue-tilted spectrum with a significant amplification of power at small scales, leading to primordial black hole formation. We analyze the effects of key parameters -- like the duration of each inflationary phase, the slow-roll parameter at the end of the first phase, the dissipation strength at the pivot scale, and the choice of the growth function -- on the primordial power spectrum and its spectral index. Additionally, we examine the consistency of the model with the swampland distance conjecture and trans-Planckian conjecture, needed for embedding these models with some UV complete theories. This work highlights the potential of warm inflation with a composite dissipation coefficient to reconcile large-scale CMB measurements with small-scale structure formation. | 温かいインフレーションは、インフレーショントンと放射が結合した状態を記述する、十分に根拠のある一般化された枠組みである。 本研究では、4次のポテンシャルと複合散逸係数$Υ(φ, T) = C_1 \frac{T^3}{M_{\text{Pl}}^2} + C_2 \frac{T^3}{φ^2}$を持つ温かいインフレーションモデルを調査する。 $Υ$の2つの項は、異なるスケールで支配的である。 第1項は大きなスケール（CMB）での初期のインフレーションダイナミクスを支配し、第2項はより小さなスケールで重要になる。 モデルは、インフレーションの2つの異なる段階を特徴とする。 第1段階では強い散逸（$Q \gg 1$）によってCMB観測（ACTによる）と一致する赤に傾いた原始スペクトルが生成され、第2段階では小スケールで大幅に増幅された青に傾いたスペクトルが生成され、原始ブラックホール形成につながる。 我々は、各インフレーション期の持続時間、第一期終了時のスローロールパラメータ、ピボットスケールにおける散逸強度、成長関数の選択といった主要なパラメータが、原始パワースペクトルとそのスペクトル指数に与える影響を解析する。 さらに、これらのモデルをいくつかのUV完全理論に組み込むために必要な、スワンプランド距離予想およびトランスプランク予想との整合性を検証する。 本研究は、複合散逸係数を用いた温暖インフレーションが、大規模CMB測定と小規模構造形成を調和させる可能性を浮き彫りにする。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We demonstrate the necessity of fractional calculus for modeling anomalous diffusion in stellar dynamics, specifically Resonant Relaxation (RR) near a supermassive black hole (SMBH). Standard transport theories rely on the local Fokker-Planck (FP) equation, a formalism restricted to Gaussian processes governed by the Central Limit Theorem (CLT). This approach fails for RR, which is a superdiffusive Lévy flight characterized by non-local transport and governed by the Generalized Central Limit Theorem (GCLT). We apply the space-fractional Fokker-Planck equation (FFPE), utilizing non-local Riemann-Liouville operators, to resolve major discrepancies between local theory and observations. In transient regimes, the FFPE predicts an immediate, linear flux ($Γ(t) \propto t$), consistent with high Tidal Disruption Event (TDE) rates in post-starburst galaxies, whereas local FP models predict an unphysical exponential delay ($Γ(t) \propto \exp(-C/t)$). Furthermore, we prove mathematically that the non-local integral operators permit ``barrier jumping''. This mechanism nullifies transport bottlenecks like the proposed Schwarzschild Barrier (SB). Local models incorrectly interpret the SB as severely suppressing Extreme Mass-Ratio Inspiral (EMRI) rates. We validate our theoretical findings using direct-summation $N$-body simulations incorporating relativistic corrections. The simulations confirm that particle flux remains continuous across the SB in the regime where RR dominates, demonstrating that the barrier does not inhibit EMRI production. The fractional framework provides the correct physical description for non-local transport, resolving long-standing problems concerning TDE and EMRI rates. | 恒星ダイナミクスにおける異常拡散、特に超大質量ブラックホール（SMBH）近傍の共鳴緩和（RR）をモデル化するために、分数計算が不可欠であることを示す。 標準的な輸送理論は、中心極限定理（CLT）に支配されるガウス過程に限定された形式である局所フォッカー・プランク（FP）方程式に基づいている。 このアプローチは、非局所輸送を特徴とし、一般化中心極限定理（GCLT）に支配される超拡散レヴィ飛行であるRRには適用できない。 我々は、非局所リーマン・リウヴィル作用素を用いた空間分数フォッカー・プランク方程式（FFPE）を適用し、局所理論と観測との間の主要な矛盾を解決する。 過渡的領域では、FFPEは即時の線形フラックス（$Γ(t) \propto t$）を予測し、これはスターバースト後銀河の高い潮汐破壊イベント（TDE）率と一致する。 一方、局所FPモデルは非物理的な指数関数的遅延（$Γ(t) \propto \exp(-C/t)$）を予測する。 さらに、非局所積分演算子が「障壁ジャンプ」を可能にすることを数学的に証明する。 このメカニズムは、提案されているシュワルツシルト障壁（SB）のような輸送ボトルネックを解消する。 局所モデルは、SBが極度質量比インスパイラル（EMRI）率を著しく抑制すると誤って解釈する。 我々は、相対論的補正を組み込んだ直接和N体シミュレーションを用いて理論的発見を検証する。 シミュレーションは、RRが支配的な領域でSB全体で粒子フラックスが連続的であることを確認し、障壁がEMRIの生成を抑制しないことを実証する。 分数フレームワークは非局所輸送の正しい物理的記述を提供し、TDE および EMRI 速度に関する長年の問題を解決します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational waves from comparable-mass binary-black-hole mergers are often described in terms of three stages: inspiral, merger and ringdown. Post-Newtonian and black-hole perturbation theories are used to model the inspiral and ringdown parts of the waveform, respectively, while the merger phase has been modeled most accurately using numerical relativity (NR). Nevertheless, there have been several approaches used to model the merger phase using analytical methods. In this paper, we adapt a hybrid approximation method that applies post-Newtonian and black-hole perturbation theories at the same times in different spatial regions of a binary-black-hole waveform (and which are matched at a boundary region with prescribed dynamics). Prior work with the hybrid method used leading post-Newtonian theory and the perturbation theory of nonrotating black holes, which led to errors during the late inspiral and disagreement with the dominant quasinormal-mode frequency extracted from NR simulations during the ringdown. To obtain a better match with NR waveforms of binary-black-hole mergers, we made several phenomenological modifications to the hybrid method. Specifically, to better capture the inspiral dynamics, we use the effective-one-body method for modeling the trajectory of the boundary between the two spatial regions. The waveform is determined by evolving a Regge-Wheeler-Zerilli-type equation for an effective black-hole perturbation theory problem with a modified Poschl-Teller potential. By tuning the potential to match the dominant quasinormal-mode frequency of the remnant black hole and also optimizing the boundary data on the matching region, we could match NR waveforms from nonspinning, comparable-mass binary black holes with mass ratios between one and eight, with a relative error of order $10^{-3}$. | 同程度質量の連星ブラックホール合体から発生する重力波は、しばしばインスパイラル、合体、リングダウンの3段階で説明される。 波形のインスパイラル部分とリングダウン部分をそれぞれポストニュートン理論とブラックホール摂動論でモデル化し、合体段階は数値相対論（NR）を用いて最も正確にモデル化されてきた。 しかしながら、解析的手法を用いて合体段階をモデル化する手法はこれまでいくつか提案されてきた。 本稿では、ポストニュートン理論とブラックホール摂動論を連星ブラックホール波形の異なる空間領域（所定のダイナミクスを持つ境界領域で一致する）に同時に適用するハイブリッド近似法を採用する。 このハイブリッド法を用いた先行研究では、主要なポストニュートン理論と非回転ブラックホールの摂動論が用いられており、その結果、後期インスパイラル段階で誤差が生じ、リングダウン段階でNRシミュレーションから抽出された支配的な準基準モード周波数との不一致が生じていた。 連星ブラックホール合体のNR波形とのより良い一致を得るために、ハイブリッド法にいくつかの現象論的修正を加えた。 具体的には、インスパイラルダイナミクスをより良く捉えるために、2つの空間領域間の境界の軌道をモデル化するために有効一体法を用いた。 波形は、修正されたポシュル・テラーポテンシャルを用いた有効ブラックホール摂動論問題に対するレッジェ・ホイーラー・ゼリリ型方程式を展開することで決定される。 残骸ブラックホールの支配的な準基準モード周波数と一致するようにポテンシャルを調整し、一致領域の境界データを最適化することで、質量比が1から8までの、自転しない同程度質量の連星ブラックホールのNR波形を、相対誤差10の-3乗オーダーで一致させることができた。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| The Lorentzian path integral for the wave function of the Universe is only conditionally convergent and thus requires a well-defined prescription. The Picard-Lefschetz approach ensures convergence through contour deformation, but it has been argued that this leads to unsuppressed perturbations due to relevant saddle points residing in the region ${\rm Im}N>0$. As an alternative, we propose a simple regulator for the lapse integral in minisuperspace. Specifically, we impose the vanishing initial size of the Universe via a delta function, represented as a narrow Gaussian of width $σ$, and take the limit $σ\to 0$ only after performing the functional integrations. This regulator has a clear physical interpretation: it corresponds to a vanishingly small quantum uncertainty in the initial size of the Universe. For any fixed $σ> 0$, the lapse integral is absolutely convergent along (or slightly below) the real axis, and no excursion into the region ${\rm Im}N>0$ is required. We further argue that the initial wave function for scalar and tensor perturbations should be incorporated in the Lorentzian path integral formalism, and we show that these perturbations are then appropriately suppressed. A purely Lorentzian path integral thus yields the tunneling wave function with suppressed perturbations. We also demonstrate that the Hartle-Hawking wave function can be reproduced by choosing a contour for the lapse integral extending from $-\infty$ to $+\infty$ that passes below the singularity near the origin. | 宇宙の波動関数のロレンツ経路積分は条件付き収束のみを示すため、明確に定義された規定が必要となる。 ピカール・レフシェッツ法は輪郭変形によって収束を保証するが、この方法は領域${\rm Im}N>0$に存在する関連する鞍点による抑制されない摂動をもたらすという議論がある。 代替案として、我々はミニ超空間におけるラプス積分のための単純なレギュレータを提案する。 具体的には、幅$σ$の狭いガウス関数で表されるデルタ関数を介して、宇宙の初期サイズがゼロとなるように規定し、関数積分を実行した後にのみ極限$σ\to 0$をとる。 このレギュレータは明確な物理的解釈を持つ。 すなわち、これは宇宙の初期サイズにおける量子的不確定性がゼロになるほど小さいことに対応する。 任意の固定$σ> 0$に対して、ラプス積分は実軸に沿って（またはわずかに下方で）絶対収束し、領域${\rm Im}N>0$への逸脱は必要としない。 さらに、スカラーおよびテンソル摂動に対する初期波動関数をローレンツ経路積分形式に組み込むべきであると主張し、これらの摂動が適切に抑制されることを示す。 したがって、純粋にローレンツ的な経路積分は、摂動が抑制されたトンネル波動関数を与える。 また、原点近傍の特異点の下を通過する$-\infty$から$+\infty$まで延びる漸減積分の積分路を選択することで、ハートル・ホーキング波動関数を再現できることも示す。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We investigate the fate of asymptotic simplicity in physically relevant settings of compact-object scattering. Using the stress tensor of a two-body system as a source, we compute the spacetime metric in General Relativity at finite observer distance in an asymptotic expansion. To do so, we relate the metric to the final-state graviton one-point function in momentum space, which is computed using perturbative QFT techniques. Both the simple pole and the infrared-related logarithmic branch cut in the virtuality of the external graviton contribute nontrivially. We focus on determining the fall-off behavior of the Newman-Penrose scalars, confirming previous predictions that Sachs's peeling property is violated at leading order in the post-Minkowski expansion. Our analysis at higher orders in the post-Minkowskian expansion reveals a significantly stronger breakdown of the peeling property than previously recognized, which is the result of nonlinear, long-range interactions between localized sources and the surrounding gravitational field. | 我々は、コンパクト天体散乱という物理的に重要な設定における漸近的単純性の運命を調査する。 二体系の応力テンソルを情報源として用い、漸近展開における有限観測距離における一般相対論における時空計量を計算する。 そのために、我々はこの計量を、摂動的な場の量子論的手法を用いて計算された運動量空間における終状態重力子一点関数と関連付ける。 外部重力子の仮想性における単純極と赤外線関連の対数分岐カットの両方が、非自明な寄与をする。 我々は、ニューマン・ペンローズ・スカラーの減衰挙動を決定することに焦点を当て、ポストミンコフスキー展開の主要順序においてサックスの剥離性が破れるという以前の予測を確認する。 ポストミンコフスキー展開の高次での解析により、剥離特性がこれまで認識されていたよりもはるかに強く崩壊していることが明らかになりました。 これは、局所的な発生源と周囲の重力場との間の非線形の長距離相互作用の結果です。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Gravitational wave detectors produce time series of the gravitational wave strain co-added with instrument noise. For evenly sampled data, such as from laser interferometers, it has been traditional to Fourier transform the data and perform analyses in the frequency domain. The motivation being that the Fourier domain noise covariance matrix will be diagonal if the noise properties are constant in time, which greatly simplifies and accelerates the analysis. However, if the noise is non-stationary this advantage is lost. It has been proposed that the time-frequency or wavelet domain is better suited for studying non-stationary noise, at least when the time variation is suitably slow, since then the wavelet domain noise covariance matrix is, to a good approximation, diagonal. Here we investigate the conditions under which the diagonal approximation is appropriate for the case of the Wilson-Daubechies-Meyer (WDM) wavelet packet basis, which is seeing increased use in gravitational wave data analysis. We show that so long as the noise varies slowly across a wavelet pixel, in both time {\em and} frequency, the WDM noise correlation matrix is well approximated as diagonal. The off-diagonal terms are proportional to the time and frequency derivatives of the dynamic spectral model. The same general picture should apply to other discrete wavelet transforms with wavelet filters that are suitably compact in time and frequency. Strategies for handling data with rapidly varying noise that violate these assumptions are discussed. | 重力波検出器は、機器ノイズが加わった重力波歪みの時系列データを生成します。 レーザー干渉計などの均一にサンプリングされたデータの場合、従来はデータをフーリエ変換し、周波数領域で解析を行ってきました。 これは、ノイズ特性が時間的に一定であればフーリエ領域のノイズ共分散行列が対角行列となり、解析が大幅に簡素化・高速化されるためです。 しかし、ノイズが非定常である場合、この利点は失われます。 非定常ノイズの研究には、少なくとも時間変化が十分に遅い場合、時間周波数領域またはウェーブレット領域がより適していると提案されています。 なぜなら、その場合、ウェーブレット領域のノイズ共分散行列は、良好な近似値で対角行列となるからです。 本稿では、重力波データ解析において利用が増加しているWilson-Daubechies-Meyer（WDM）ウェーブレットパケット基底において、対角近似が適切な条件を検証します。 ノイズがウェーブレットピクセル全体にわたって時間および周波数の両方で緩やかに変化する限り、WDMノイズ相関行列は対角行列として十分に近似できることを示します。 非対角項は、動的スペクトルモデルの時間および周波数微分に比例します。 時間および周波数に関して適切にコンパクトなウェーブレットフィルタを用いた他の離散ウェーブレット変換にも、同様の一般的な考え方が当てはまるはずです。 これらの仮定に反する、急速に変化するノイズを含むデータの処理方法についても考察します。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Previous studies have examined the holographic principle as a means of producing dark energy. Here we propose instead the possibility of holographic dark matter. In this case, dark matter does not arise in the framework of particle physics but is derived from the infrared cutoff set by the horizon scale. Using the Ricci cutoff, and a universe containing only baryons and radiation, we can account for the dark matter and naturally explain the coincidence between baryonic and nonbaryonic contributions to the density. In the presence of a pre-existing vacuum energy density our model reverses the sign of this density, thus accounting for the fact that certain string theories generically predict a negative vacuum energy, but observations require a positive value. | これまでの研究では、ホログラフィック原理はダークエネルギーを生成する手段として検討されてきました。 本研究では、代わりにホログラフィックダークマターの可能性を提案します。 この場合、ダークマターは素粒子物理学の枠組みの中で生じるのではなく、地平線スケールによって設定される赤外線カットオフから生じます。 リッチカットオフと、重粒子と放射線のみを含む宇宙を用いることで、ダークマターの存在を説明でき、密度へのバリオンと非バリオンの寄与の一致を自然に説明できます。 真空エネルギー密度が既に存在する場合、本モデルはこの密度の符号を反転させることで、特定の弦理論が一般的に負の真空エネルギーを予測する一方で、観測結果では正の値が必要となるという事実を説明できます。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| From the AdS/CFT dictionary, we derive a bulk dual of the work distribution defined by the two-point measurement on the boundary, yielding a bulk formulation of the Tasaki-Crooks fluctuation theorem. We argue that this not only provides a holographic prescription of the work distribution, but is also expected to capture some "mesoscopic" aspects of quantum gravity. | AdS/CFT辞書から、境界上の2点測定によって定義される仕事分布のバルク双対を導出し、田崎-クルックス揺らぎ定理のバルク定式化を得る。 これは仕事分布のホログラフィックな規定を与えるだけでなく、量子重力の「メソスコピック」な側面を捉えることも期待できると主張する。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| We present a Physics-Informed Neural Network (PINN) framework for reconstructing the redshift-dependent Hubble parameter \(H(z)\) within the Tsallis Holographic Dark Energy (THDE) model extended by massive neutrinos. In this approach, the modified Friedmann equation is incorporated into the neural network loss function, enabling training on Cosmic Chronometers data up to \(z \leq 2\). The framework allows for the simultaneous estimation of the Hubble constant \(H_0\), the neutrino density parameter \(Ω_ν\), and the Tsallis non-extensivity index \(δ\). Uncertainty quantification is performed through dropout simulations, resulting in statistically consistent \(1σ\) confidence bands. Our results show that the THDE+$ν$ model, reconstructed via PINN, alleviates the statistical Hubble tension from the canonical \(\sim 5σ\) level down to a range of \(0.5σ\leq T \leq 2.2σ\), depending on the redshift sampling. Additionally, we constrain the total neutrino mass to \(Σm_ν< 0.11\,\text{eV}\). A detailed comparison with the traditional Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analysis demonstrates the consistency of both methods, while highlighting the competitiveness of the PINN-based THDE framework as a robust, data-driven approach for non-parametric cosmological inference within generalized thermodynamics. | 我々は、質量ニュートリノによって拡張されたTsallisホログラフィックダークエネルギー（THDE）モデルにおいて、赤方偏移依存ハッブルパラメータ\(H(z)\)を再構築するためのPhysics-Informed Neural Network（PINN）フレームワークを提示する。 このアプローチでは、修正フリードマン方程式をニューラルネットワークの損失関数に組み込むことで、\(z \leq 2\)までのCosmic Chronometersデータを用いた学習を可能にする。 このフレームワークは、ハッブル定数\(H_0\)、ニュートリノ密度パラメータ\(Ω_ν\)、およびTsallis非伸張性指標\(δ\)の同時推定を可能にする。 不確実性の定量化はドロップアウトシミュレーションによって行われ、統計的に一貫した\(1σ\)信頼区間が得られる。 我々の結果は、PINNを用いて再構成されたTHDE+$ν$モデルが、赤方偏移サンプリングに依存して、標準的な\(\sim 5σ\)レベルから\(0.5σ\leq T \leq 2.2σ\)の範囲まで統計的ハッブル張力を緩和することを示しています。 さらに、ニュートリノの全質量を\(Σm_ν< 0.11\,\text{eV}\)に制限します。 従来のマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)解析との詳細な比較により、両手法の一貫性が実証されるとともに、PINNベースのTHDEフレームワークが、一般化熱力学におけるノンパラメトリック宇宙論推論のための堅牢なデータ駆動型アプローチとして競争力を持つことが示されました。 |
| Original Text | 日本語訳 |
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| Based on a comprehensive analysis of recent observational data-a combination of DESI DR1, Planck CMB, and Pantheon+ SN Ia-this study critically evaluates the two dark energy (DE) proposals within Harada's Conformal Killing Gravity (CKG) model. The model in question predicts either a dominant phantom-type effective DE component with EoS $ω= -5/3$ or a hybrid scenario combining a cosmological constant ($ω= -1$) with a subdominant $ω= -5/3$ fluid (around $5\%$) to address the Hubble tension (HT) and late-time acceleration. An analysis based on the Trans-Planckian Censorship Conjecture (TCC) demonstrates that the pure CKG fluid scenario $ω= -5/3$ is excluded, whereas the hybrid model remains only marginally compatible. Our Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analysis constrains the effective DE density parameter to $Ω_{\text{eff}} = 0.009^{+0.006}_{-0.007}$ ($68\%$ CL), consistent with zero and ruling out the around $5\%$ contribution required by Harada's CKG. The resulting Hubble expansion history $H(z)$ and effective EoS $ω_{\text{eff}}(z)$ are indistinguishable from those of $Λ$CDM. Bayesian model comparison via the Akaike Information Criterion (AIC) shows no statistical preference for CKG over $Λ$CDM ($Δ\text{AIC} = +2.6$), disfavoring the additional complexity of the CKG model. The key output of this study is that both DE proposals in Harada's CKG are ruled out by current cosmological data, and HT remains unresolved. | 本研究では、DESI DR1、プランク宇宙マイクロ波背景放射（CMB）、およびパンテオン超新星Iaの最近の観測データを組み合わせた包括的な解析に基づき、原田の共形キリング重力（CKG）モデルにおける2つのダークエネルギー（DE）提案を批判的に評価する。 問題のモデルは、EoS $ω= -5/3$ を持つ支配的なファントム型有効DE成分、またはハッブル張力（HT）と後期加速に対処するために宇宙定数（$ω= -1$）と準支配的な$ω= -5/3$流体（約$5\%$）を組み合わせたハイブリッドシナリオのいずれかを予測する。 トランスプランク検閲予想（TCC）に基づく解析では、純粋なCKG流体シナリオ$ω= -5/3$は排除されるが、ハイブリッドモデルはわずかに互換性を維持することが示された。 我々のマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）解析は，有効DE密度パラメータを$Ω_{\text{eff}} = 0.009^{+0.006}_{-0.007}$（$68\%$ CL）に制限した．これはゼロと一致し，HaradaのCKGで要求される約$5\%$の寄与を除外する．結果として得られるハッブル宇宙望遠鏡の膨張履歴$H(z)$と有効EoS$ω_{\text{eff}}(z)$は，$Λ$CDMのものと区別がつかない．赤池情報量基準（AIC）によるベイズモデルの比較では，CKGが$Λ$CDMよりも統計的に優れていることは示されず（$Δ\text{AIC} = +2.6$），CKGモデルの複雑さの増加は不利となる．本研究の主要な成果は，HaradaのCKGにおける両方のDE提案が現在の宇宙論データによって排除され，HTが未解決のままであるということにある． |